Спосіб нанесення зносостійких покриттів

Спосіб нанесення зносостійких покриттів, який включає формування струмопровідних покриттів C2 2 (19) 1 3 84770 В основу винаходу „Спосіб нанесення зміцнюючих покриттів" поставлено задачу удосконалити спосіб формування зносостійких покриттів з металевих матеріалів шляхом попереднього закріплення легуючи х елементів на діелектричній основі, що забезпечує зносостійкість і якість робочої поверхні. При цьому фізико - механічні характеристики поверхні, що зміцнюють, забезпечують шляхом зміни відношення площі дискретних ділянок, які створюються електродами, до загальної площі поверхні при рівномірному розподілі ділянок покриттів. Вирішення задачі досягнуто за рахунок того, що для одержання зносостійкого покриття перед виникненням електричного розряду між електродами і поверхнею, на листову діелектричну основу закріплюють легуючий матеріал покриття у вигляді порошку, яку закріплюють на поверхню, що підлягає легуванню, запалюють електричну дугу по торцю діелектричної основи, і забезпечують фізикомеханічні характеристики поверхні шляхом зміни відношення площі дискретних ділянок, які створюються електродами до площі поверхні, що зміцнюється таким чином, щоб забезпечити щільність покриття в межах 40-60%, при цьому співвідношення діаметрів дискретних ділянок покриття до глибини їх проникнення знаходиться в межах 5-12, чим забезпечує поверхневому шару напруженодеформований стан, який відповідає умовам когезійної міцності. Перед нанесенням покриття легуючий матеріал покриття у вигляді порошку закріплюють на листову діелектричну основу за допомогою зв'язуючого матеріалу, наприклад, клею на органічній основі. Одержаний таким чином лист закріплюють на поверхні, що підлягає легуванню. По торцю діелектричної основи запалюють дугу між електродами і поверхнею, що підлягає легуванню. Внаслідок іонізованого потоку і високої температури легуючі елементи порошку дифундують в поверхню, створюючи зміцнений шар. Переміщення електродів дає можливість формувати різноманітну топографію покриття на робочій поверхні деталі, інструменту або рейок, а відстань між ділянками покриття і їх розміри визначає щільність покриття (відношення покритої площі до загальної). Змінюючи напругу і величину стр уму, забезпечують співвідношення розмірів дискретних ділянок покриття до глибини їх впровадження. Щільність та співвідношення розмірів дискретних ділянок до глибини покриття визначає експлуатаційну надійність захисного шару, наприклад, підвищує зносостійкість зміцненого поверхневого шару в 2-3 рази за рахунок оптимізації в ньому рівня залишкових напружень, коли максимальний розмір ділянки дискретного покриття не перевищує припустимий крок тріщини в суцільному покритті при його руйнуванні. Як легуючі матеріали для одержання зносостійкого покриття попередньо на діалектричну основу у вигляді порошків наносяться, наприклад, тугоплавкі сполуки (карбідів, боридів, нітридів), які закріплюються на ній за допомогою клею. Після висихання нанесеної маси отриманий лист фіксується на поверхні, на яку буде наноситись покриття. 4 При подачі напруги між електродом, який може бути виготовлений з матеріалів з різними фізико-механічними властивостями та складом легуючих елементів, і поверхнею по торцю отриманого листа з легуючими елементами виникає електричний розряд, внаслідок чого створюється нова композиційна надтверда сполука, яка закріплюється в кратері, що виник внаслідок високої температури. Необхідність нанесення покриття з регульованими параметрами випливає з вимог забезпечення адгезійної та когезійної міцності дискретних ділянок в різних умовах навантаження. Спосіб нанесення зміцнюючих покриттів ілюструється наступними фігурами: Фігура 1 - Форма прогину дискретних ділянок покриття з ВК8 на швидкорізальній сталі Р6М5 під дією зосередженої сили Р при співвідношенні лінійного розміру ділянки до її товщини 1/h=7 (a), 1/h=12(б). Фігура 2 - Залежність лінійного розміру ділянки дискретного покриття від співвідношення залишкових напружень до когезійної міцності для різних товщин покриття. Так, при експлуатації деталей або інструменту з покриттям в умовах зосередженого контактного навантаження (Р) покриття прогинається, а величина та знак прогину (w) залежать від співвідношення довжини дискретної ділянки (l) до її товщини (h). Наприклад, при нанесенні покриття з твердого сплаву ВК8 (модуль пружності Еп=7,1 105МПа) на швидкорізальну сталь Р6М5 (модуль пружності Eо=2,1 105МПа) для дискретних ділянок із співвідношенням l £ 12h покриття по всій довжині дискретної ділянки під дією навантаження силою Р в центрі набуває додатного прогину, тобто "вдавлюється" в основу, і адгезійне відшарування не відбувається (Фіг. 1а), а для довжини l f 12h виникають зони з від'ємним прогином, в яких ймовірним є адгезійне відшарування покриття від основи (Фіг. 1б). Коли деталь з покриттям знаходиться в умовах розтягу, покриття під дією напружень, що передаються від деталі через поверхню адгезійного контакту "основа - покриття", а також залишкових напружень, які є результатом нанесення покриття, руйнується шляхом когезійного розтріскування. Обмеження розміру дискретної ділянки в цьому випадку базується на визначенні величини критичного кроку тріщини, зменшення якої за даних умов не буде супроводжуватися подальшою фрагментацією. Крок визначали з виразу: 1 æ s зал ö ÷, Cп = lnç 0,1+ п k ç eк Еп ÷ è ø де k2 = 2 G0Gп G0hп + GпH0 æ 1 1 ö ç ÷ çE h + E H ÷ , 0 0ø è п п а sп зал залишкові напруження в покритті після його формування, МПа; еК - критична деформація основи; Еп, Eo - модулі пружності першого роду основи та покриття, МПа; Gn, Go -модулі зсуву основи та покриття, МПа; Но, hn - товщини основи та покриття. Максимальний приведений розмір ділянки 5 84770 дискретного покриття: D max £ Сп. Наприклад: при нанесенні покриття з твердого сплаву ВК8 методом електроіскрового легування на швидкорізальну сталь Р6М5 для залишкових напружень sп зал =400МПа і товщини покриття h=50мкм величина кроку становить С п=0,39мм. Як видно з Фіг. 2, залежність кроку Сп від співвідношення залишкових напружень в покритті і його когезійної міцності епЕп для товщин h=5мкм (1); 10мкм (2); 30мкм (3) і 50мкм. (4) дозволяє визначити розміри ділянок покриття D, при яких в процесі навантаження розтріскування покриття не спостерігається. Для конкретного матеріалу покриття можна отримати таке співвідношення товщини і розміру Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 6 дискретної ділянки покриття, яке дозволить виключити його когезійне розтріскування для заданих умов експлуатації різального інструменту. При цьому, збільшення товщини дискретної ділянки покриття може бути досягнуто за рахунок зменшення залишкових напружень або підвищення когезійної міцності. Таким чином, спосіб що заявляється, дозволяє створювати на поверхнях металевих деталей, різального інструменту та рейок зносостійкі покриття, що можна вважати достатнім для практичного використання при зміцненні ріжучих елементів інструменту та поверхонь рейок колійного господарства. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601